PCB外层知识讲解

一、什麼是圖形轉移二、工藝流程簡介三、外層設備寫真四、主物料簡介五、制程工藝制作六、常見故障及排除方法教案綱要制造印刷板过程中的一道工序就是將照相底版上的电路图像转移到覆铜箔层压板上，形成一种抗蚀或抗电镀的掩膜图像。抗蚀图像用于“印制蚀刻工艺”，即用保护性的抗蚀材料在覆铜箔层压板上形成正相图像，那些未被抗蚀剂保护的不需要的铜箔，在随后的化学蚀刻工序中被去掉，蚀刻后去除抗蚀层，便得到所需的裸铜电路图像。而抗电镀图像用于“图形电镀工艺”，即用保护性的抗蚀材料在覆铜层压板上形成负相图像，使所需要的图像是铜表面，经过清洁、粗化等处理后，在其上电镀铜或电镀金属保护层(锡铅、锡镍、锡、金等)，然后去掉抗蚀层进行蚀刻，电镀的金属保护层在蚀刻工序中起抗蚀作用。一、什麼是圖形轉移圖形轉移工艺过程概括如下：1.印制蚀刻工艺流程：下料→板面清洁处理→涂湿膜→曝光→显影（贴干膜→曝光→显影）→蚀刻→去膜→进入下工序2.圖形电镀工艺过程概括如下：下料→钻孔→孔金属化→预镀铜→板面清洁→涂湿膜→曝光→显影（贴干膜→曝光→显影）→形成负相图象→图形镀铜→图形电镀金属抗蚀层→去膜→蚀刻→进入下工序二、工藝流程簡介图像转移有两种方法，一种是网印图像转移，一种是光化学图像转移。网印图像转移比光化学图像转移成本低，在生产批量大的情况下更是如此，但是网印抗蚀印料通常只能制造大于或等于o．25mm的印制导线，而光化学图像转移所用的光致抗蚀剂制造分辨率高的清晰图像。本章所述内容为后一种方法。光化学图像转移需要使用光致抗蚀剂，下面介绍有关光致抗蚀剂的一些基本知识1)光致抗蚀剂：用光化学方法获得的，能抵抗住某种蚀刻液或电镀溶液浸蚀的感光材料。2)正性光致抗蚀剂：光照射部分分解(或软化)，曝光显影之后，能把生产用照相底版上透明的部分从板面上除去。3)负性光致抗蚀剂：光照射部分聚合(或交联)，曝光显影之后，能把生产用照相底版上透明的部分保留在板面上。4)光致抗蚀剂的分类：按用途分为耐蚀刻抗蚀剂和耐电镀抗蚀剂。按显影类型分为全水溶性抗蚀剂、半水溶性抗蚀剂和溶剂性抗蚀剂。按物理状态分为液体抗蚀剂和干膜抗蚀剂。按感光类型分为正性抗蚀剂和负性抗蚀剂。图像转移的方法三、外層設備寫真1.干膜前處理站2.壓膜站3.曝光站4.顯影站流程圖進料區圖片進料區1.干膜前處理站-進料注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖磨刷機圖片磨刷1.干膜前處理站-磨刷注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖冷卻翻板機圖片冷卻1.干膜前處理站-冷卻注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖收板機圖片收板1.干膜前處理站-收板注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉2.壓膜站-投板流程圖投板機圖片投板注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉2.壓膜站-清潔流程圖清潔機圖片清潔注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉2.壓膜站-預熱流程圖預熱機圖片預熱注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉2.壓膜站-壓膜流程圖壓膜機圖片壓膜注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉2.壓膜站-冷卻流程圖冷卻翻板機圖片冷卻注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉2.壓膜站-收板流程圖收板機圖片收板注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖暫存區圖片暫存2.壓膜站-暫存注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖曝光機圖片曝光3.曝光站-曝光注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖暫存區圖片暫存3.曝光站-暫存注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖撕Mylar區圖片撕Mylar4.顯影站-撕Mylar注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖顯影機圖片顯影4.顯影站-顯影注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖收板機圖片收板4.顯影站-收板注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉流程圖檢修區圖片檢修4.顯影站-檢修注明::作業:量的檢查:質的檢查:移轉四、主物料簡介印制电路图形的转移所使用的原材料，自出现印制电路以来，原材料的研制与开发科学攻关工作从未停止过。从原始阶段设计采用抗蚀油漆或虫胶漆手工描绘简单的线路图形转移工艺技术的需要。但随着微电子技术的飞速发展，大规模集成电路和超大规模集成电路的广泛应用，要求印制电路板的制造技术，必须适应高密度、高精度、细导线、窄间距及小孔径电路图形转移需要。几十年来，研制与开发出新型的光致抗蚀剂与电路图形转移技术：如光致抗蚀干膜、湿法贴膜技术、电泳光致抗蚀膜和直接成像技术，都逐步地被制造印制电路板商家所采用，使电路图形的转移品质大幅度的提高。本章主要就本廠所采用的电路图形转移原材料光致抗蚀干膜加以简单介紹.聚乙烯保护膜光致抗蚀剂層mylar(聚酯薄膜)4.1光致抗蚀干膜外形圖聚酯薄膜:是支撑感光胶层的载体，使之涂布成膜，厚度通常为25μm左右。聚酯薄膜在曝光之后显影之前除去，防止曝光时氧气向抗蚀剂层扩散，破坏游离基，引起感光度下降。光致抗蚀剂膜:为干膜的主体，多为负性感光材料，其厚度视其用途不同，有若干种规格，最薄的可以是十几个微米，最厚的可达100μm。聚乙烯膜:是复盖在感光胶层上的保护膜，防止灰尘等污物粘污干膜，避免在卷膜时，每层抗蚀剂膜之间相互粘连。聚乙烯膜一般厚度为25μm左右。*干膜光致抗蚀剂的制作是先把预先配制好的感光胶在高清洁度的条件下，在高精度的涂布机上涂覆于聚酯薄膜上，经烘道干燥并冷却后，覆上聚乙烯保护膜，卷绕在一个辊芯上。4.2光致抗蚀干膜層別說明使用干膜时，首先应进行外观检查。质量好的干膜必须无气泡、颗粒、杂质；抗蚀膜厚度均匀；颜色均匀一致；无胶层流动。如果干膜存在上述要求中的缺陷，就会增加图像转移后的修版量，严重者根本无法使用。膜卷必须卷绕紧密、整齐，层间对准误差应小于1mm，这是为了防止在贴膜时因卷绕误差而弄脏热压辊，也不会因卷绕不紧而出现连续贴膜的故障。聚酯薄膜应尽可能薄，聚酯膜太厚会造成曝光时光线严重散射，而使图像失真，降低干膜分辨率。聚酯薄膜必须透明度高，否则会增加曝光时间。聚乙烯保护膜厚度应均匀，如厚度不均匀将造成光致抗蚀层胶层流动，严重影响干膜的质量。4.3干膜外觀檢驗常識干膜在储存过程中可能由于溶剂的挥发而变脆，也可能由于环境温度的影响而产生热聚合，或因抗蚀剂产生局部流动而造成厚度不均匀(即所谓冷流)，这些都严重影响干膜的使用。因此在良好的环境里储存干膜是十分重要的。技术要求规定，干膜应储存在阴凉而洁净的室内，防止与化学药品和放射性物质一起存放。储存条件为：黄光区，温度低于27℃(5—21℃为最佳)，相对湿度50％左右。储存期从出厂之日算起不小于六个月，超过储存期按技术要求检验合格者仍可使用。在储存和运输过程中应避免受潮、受热、受机械损伤和受日光直接照射。4.4干膜儲存常識4.5光致抗蚀剂膜层的主要成分及作用1)粘结剂(成膜树脂)作为光致抗蚀剂的成膜剂，使感光胶各组份粘结成膜，起抗蚀剂伪骨架作用，它在光致聚合过程中不参与化学反应。要求粘结剂具有较好的成膜性；与光致抗蚀剂的各组份有较好的互溶性；与加工金属表面有较好的附着力；它很容易从金属表面用碱溶液除去；有较好的抗蚀、抗电镀、抗冷流、耐热等性能。粘结剂通常是酯化或酰胺化的聚苯乙烯——顺丁烯二酸酐树脂(聚苯丁树脂)。2)光聚合单体它是光致抗蚀剂胶膜的主要组份，在光引发剂的存在下，经紫外光照射发生聚合反应，生成体型聚合物，感光部分不溶于显影液，而未曝光部分可通过显影除去，从而形成抗蚀图像。多元醇烯酸酯类及甲基丙烯酸酯类是广泛应用的聚合单体，例如季戊四醇三丙烯酸酯是较好的光聚合单体。3)光引发剂在紫外光线照射下，光引发剂吸收紫外光的能量产生游离基，而游离基进一步引发光聚合单体交联。干膜光致抗蚀剂通常使用安息香醚、叔丁基恿醌等作光引发剂。4)增塑剂可增加干膜抗蚀剂的均匀性和柔韧性。三乙二醇双醋酸脂可作为增塑剂。5)增粘剂可增加干膜光致抗蚀剂与铜表面的化学结合力，防止因粘结不牢引起胶膜起翘、渗镀等弊病。常用的增粘剂如苯并三氮唑。4.5光致抗蚀剂膜层的主要成分及作用6)热阻聚剂在干膜的生产及应用过程中，很多步骤需要接受热能，为阻止热能对干膜的聚合作用加入热阻聚剂。如甲氧基酚、对苯二酚等均可作为热阻聚剂。7)色料为使干膜呈现鲜艳的颜色，便于修版和检查而添加色料。如加入孔雀石绿、苏丹三等色料使干膜呈现鲜艳的绿色、兰色等。8)溶剂为溶解上述各组份必须使用溶剂。通常采用丙酮、酒精作溶剂。此外有些种类的干膜还加入光致变色剂，使之在曝光后增色或减色，以鉴别是否曝光，这种干膜又叫变色干膜。4.5光致抗蚀剂膜层的主要成分及作用五、制程工藝制作采用干膜进行图像转移的制程工艺流程为：基板清洁处理→壓膜→曝光→显影→修板贴干膜前板面包括覆铜箔板基板和孔金属化后预镀铜的基板。为保证干膜与基板表面牢固的粘附，要求基板表面无氧化层、油污、指印及其它污物，无钻孔毛刺、无粗糙镀层。为增大干膜与基板表面的接触面积，还要求基板有微观粗糙的表面。为达到上述两项要求，贴膜前要对基板进行认真的处理。其处理方法有机械清洗、化学清洗及電解清洗。5.1基板清洁处理工藝机械清洗即用刷板机清洗.刷板机又分为:1.磨料刷辊式刷板2.浮石粉刷板机械清洗及浮石粉刷板对去除基板表面的含铬钝化膜(铜箔表面防氧化剂)效果不错，但易划伤表面，并可能造成磨料颗粒嵌入基体内，同时还可能使挠性基板、多层板内层薄板及薄型印制板基板的尺寸变形。5.1.1機械清洗磨料刷辊式刷板机磨料刷辊式刷板机装配的刷子通常有两种类型，压缩型刷子和硬毛型刷子。压缩型刷子是将粒度很细的碳化硅或氧化铝磨料粘结在尼龙丝上，然后将这种尼龙丝制成纤维板或软垫，经固化后切成圆片，装在一根辊芯上制成刷辊。硬毛型刷子的刷体是用含有碳化硅磨料的直径为0．6mm的尼龙丝编绕而成的。磨料粒度不同，用途也不同，通常粒度为180目和240目的刷子用于钻孔后去毛刺处理，粒度为320月和500目的刷子用于贴干膜前基板的处理。两种刷子相比较各有其优缺点。压缩型刷子因含磨料粒度很细，并且刷辊对被刷板面的压力较大，因此刷过的铜表面均匀一致，主要用于多层板内层基板的清洗。其缺点是由于尼龙丝较细容易撕裂，使用寿命短。硬毛型刷子的显著优点是尼龙丝耐磨性好，因而使用寿命长，大约是压缩型刷子的十倍，但是这种刷子不宜用于处理多层板内层基板，因基板薄不仅处理效果不理想，而且还会造成基板卷曲。*在使用刷辊式刷板机的过程中，为防止尼龙丝过热而熔化，应不断向板面喷淋自来水进行冷却和润湿。(1)磨料刷辊式刷板机多年来国内外广泛使用的是磨料刷辊式刷板机。研究表明，用这类刷板机清洁处理板面有些缺欠，如在表面上有定向的擦伤，有耕地式的沟槽，有时孔的边缘被撕破形成椭圆孔，由于磨刷磨损刷子高度不一致而造成处理后的板面不均匀等。随着电子工业的发展，现代的电路设计要求越来越细的线宽和间距，仍旧使用磨料刷辊式刷板机处理板面，产品合格率低下，因此发展了浮石粉刷板机。浮石粉刷板机是将浮石粉悬浊液喷到板面上用尼龙刷进行擦刷：a．尼龙刷与浮石粉浆液相结合进行擦刷；b．刷洗除去板面的浮石粉；c．高压水洗；d．水洗；e．干燥。浮石粉刷板机处理板面有如下优点：a．磨料浮石粉粒子与尼龙刷相结合的作用与板面相切擦刷，能除去所有的污物，露出新鲜的纯洁的铜；b．能够形成完全砂粒化的、粗糙的、均匀的、多峰的表面，没有耕地式的沟槽；c．由于尼龙刷的作用缓和，表面和孔之间的连接不会受到破坏；d．由于相对软的尼龙刷的灵活性，可以弥补由于刷子磨损而造成的板面不均匀的问题；e．由于板面均匀无沟槽，降低了曝光时光的散射，从而改进了成像的分辨率。其不足是浮石粉对设备的机械部分易损伤。(2)浮石粉刷板机化学清洗首先用碱溶液去除铜表面的油污、指印及其它有机污物。然后用酸性溶液去除氧化层和原铜基材上为防止铜被氧化的保护涂层，最后再进行微蚀处理以得到与干膜具有优良粘附性能的充分粗化的表面。化学清洗的优点是去掉铜箔较少(1一1.5μm)，基材本身不受机械应力的影响，对薄板材的处理较其它方法易于操作。但化学处理需监测化学溶液成分的变化并进行调整，对废旧溶液需进行处理，增加了废物处理的费用。化学清洗去油污性较好